Комментарии 42
Как игрушка интересная штука
Видел схему Гауссовки, с одной катушкой вдоль ствола, но намотанной в три провода.
Идея в том, чтобы за счёт разности фаз на проводниках образовать бегущую волну намагниченности, которая тащила бы за собой снаряд.
Одно время заморачивался. Хотел сделать такую штуку, много читал форумов. Практики гауссостроения пробовали и реализовывали всё. А многие "улучшения" в статье разбиваются о практику.
Разные катушки в разных ступенях, рекуперация. Старо как мир и активно применяется. Второе - реже, потому что мост против одного ключа удваивает потери на транзисторах и увеличивает стоимость коммутационного узла в 4 раза.
Активное управление, ШИМ? На скорости даже 10 м/с снаряд пролетает мимо катушки за 10 - 15 тактов процессора.
Ловить прохождение снаряда по изменению индуктивности: это детектирование колебания в единицы миллиампер (хорошо если так) на иголке в сотню ампер.
Шариковые снаряды: малый объем ферромагнетика, мгновенное насыщение и бесполезность увеличения импульса в катушке.
Впрочем, за статью спасибо. Наткнусь еще на парочку таких, вдохновлюсь, и вместо написания комментов пойду таки мотать катуху..
2 - Это о каком мк речь идёт? Уже давно доступны камни с +300МГц на борту. На крайний случай можно использовать FPGA или сделать логику асинхронной (на FPGA вполне реально замерять время импульсов с точностью в 1нс, но вот "отдавать приказы" придётся на меньшей скорости ~8-2нс)
UPD Немного не подумал, там же АЦП используются? В мк они все медленные, а быстрые стоят по 200 бачей, которые хотя бы 1Гсэмпл берут. Давно смотрел мб цены поменялись*
Поигрался с FEMM. Да, с МК я промахнулся. Время пролета снаряда через катушку - порядка сотен микросекунд. При 500 МГц у нас есть десятки тысяч тактов. Но я в упор не понимаю, что там можно намерить. Это надо ловить миллиамперы при размахе сигнала в сотни ампер. Дифференциал тоже не поможет, ибо ток импульсный и производная взлетает до небес. Это про АЦП. Про отдавать приказы: их еще надо исполнять. Ключ на 1000 А и 500 В не откроется за наносекунды.
P. S. Да, я понимаю, что при неограниченности бюджета эти задачи решаемы.
Да, вы всё правильно говорите. Ну тут просто какое дело: я "подсветил" некоторые моменты, которые просто "режут глаз", когда начинаешь рассматривать эту тему. Решать каждый конкретный выявленный момент или не решать - для этого нужно обстоятельное исследование каждого из вопросов. В том числе, с пониманием, сколько бюджета есть в наличии :-). Хотя, можно пойти и простым путём - как на видео в статье, где люди достигли вполне впечатляющих результатов, даже без этих сложностей. Но, я просто хочу сказать, - что потенциал есть. И он далеко не исчерпан.
По моему, проще сначала отстрелять разными пулями, намерять все что можно, внести в таблицу, и проц просто будет брать табличные значения автоматически в зависимости от веса. Ключевой фактор - начальная скорость пули, от нее и надо отталкиваться при тюнинге.
Верно, просто я имел в виду - сделать то же самое, только калибруясь "наживую". То есть: стреляем 10 пулями, проц знает длину ствола, количество катушек, вес пули. И пытается на заданной длине разогнать её по максимуму. После 10 выстрела - наилучшее сочетание параметров - записывается в прошивку: "пушка" под конкретную пулю откалибрована. В дальнейшем, при обычной, "типовой" стрельбе - проц отслеживает параметры движущейся пули и старается их подогнать под хранящийся в памяти "идеальный профиль выстрела". Как то так...
Да, в первом приближении это так. Во всяком случае, затраты несравнимо меньше. Но корректировка всё равно нужна после каждого выстрела. Самый "гуляющий" параметр в системе - это емкость и ESR конденсаторов. Она очень здорово плывет от температуры. Другое дело, что табличная кориектировка на основе отклонений скорости прохождения предыдущей ступени - весьма посильная задача даже для хиленького МК. Моя мысль сейчас работает в этом направлении.
3. А если использовать сенсор не для измерения скорости «на месте», а для определения, времени прохождения участка между предыдущим датчиком и текущим? Мне кажется, так вполне можно замерять скорость, не упираясь в стену производительности АЦП. Да, точность будет несколько меньше, но, как мне кажется, если все расчёты привести не к скорости снаряда, а ко времени прохождения участка, предшествующего датчику, может получиться довольно неплохо.
А чем внешний модуль ШИМ отличается от встроенного? Встроенный всяко быстрее настроить, ибо напрямую регистры дергать можно. Тут проблема в том, что у IGBT ключа время вкл/выкл порядка сотен нс. Частота ШИМ должна быть на порядок ниже, иначе вся энергия выделится на транзисторе. Любой ШИМ здесь - снижение КПД.
С учетом скорости пролета пули проще использовать одновибратор с управляемой длительностью импульса. И с управляемой задержкой включения, соответственно.
Но таки да - коррекция этих двух параметров на основе времени пролета между двумя датчиками видится единственной практической возможностью.
Остается только построить таблицу поправок и можно не заморачиваться с высокопроизводительными чипами.
Кстати, получается, что вообще всё можно сводить одной единице измерения — времени, а остальное — различные константы. По крайней мере, на момент начала ускорения снаряда эти значения будут константами и их можно будет преобразовать в несколько промежуточных констант, которые уже подставлять в формулы вместе со временем.
Вот я тоже примерно в этом направлении думаю. Запилить ступенек эдак 8. А на мозги должно и одного МК хватить. Он же все равно последовательно все времена считает.
Позволю себе заметить минусы такого решения:
Оверхед на разработку. Как минимум, в каждом МК своя калибровочная таблица. Плюс минимальное взаимодействие между отдельными ступенями реализовывать придется.
Трудности с комплексной отладкой.
Производительность тут большая не нужна. Измерения интервалов, выдержка времени импульса - это всё аппаратные функции периферии МК. Выбор по таблице - копеечная операция.
Основные вычислительные мощности в таком проекте пойдут на мониторинг состояния конденсаторов и аккумуляторов и отображение этого добра на какой-нибудь показометр.
Вообще, думаю сначала провести моделирование, чтобы оценить, можно ли ожидать от такого адаптивного управления прироста эффективности или проще поставить одновибраторы на 555 и один раз откалибровать? Хотя для экспериментов и диагностики это будет негибко совсем.
Действие гаусс-ружья основано на вхождении ферромагнетика в некоторый объём. Если в этом объёме было магнитное поле — то его энергия при этом уменьшается. Уменьшение энергии магнитного поля идет на ускорение снаряда.
Ферромагнетики имеют такую проблему, как насыщение. При некоторой предельной величине магнитного поля они перестают действовать. Дальнейшее повышение магнитной индукции не имеет смысла, так как не приводит к более высокому ускорению снаряда. А каждый лишний мТл поля — это более высокий ток в катушке, большие потери на ее сопротивление.
Наибольшую индукцию насыщения имеет сплав железа-кобальта "Пермендюр" с индукцией насыщения 2-2,4Тл. Можно также использовать трансформаторную сталь. Но мало выточить из такого материала пулю — ее еще нужно подвергнуть термообработке, иначе индукция насыщения будет меньше.
Так вот, представим себе, что дуло заполнено полем в 2Тл. В это дуло входит длинный стержень из ферромагнетика. Тогда почти вся энергия магнитного поля переходит в кинетическую энергию стержня. Нетрудно посчитать эту энергию, задавшись геометрией дула.
Если входит не стержень, а пуля небольшой длины — то результаты расчета от этого не меняются, при условии, что магнитное поле отключается за пулей по мере ее прохождения через ствол. Также не обязательно включать все магнитное поле сразу, а достаточно только непосредственно перед подхождением к нему пули. Так и получается стандартная конструкция гаусс-ружья.
Из тех результатов расчетов, что я запомнил, выходит следующее. Чтобы ускорить пулю массой 10г и диаметром 10мм до скорости звука — нужно иметь дуло длиной порядка 2м.
Если же используется не пермендюр, а феррит с полем насыщения в 0,6Тл — то потребуется дуло длиной в 10м.
А можно пульку попробовать взять в 5грамм и 5мм диаметром - тогда понадобится ствол в 1 метр (понятно, что я утрирую, наверняка там не так всё линейно, но всё же...)
Или вообще взять вот тот, другой вариант, про который я писал - пушки Юткина. Вообще никаких катушек - искру в воду дали и "пуля ушла в космос" :-) . Эту тему никто не исследовал подробно (по крайней мере, в открытых источниках). Интернет - пуст ;-)
Возможно, по энергозатратам и простоте - будет проще "вкачать" джоули в электроразряд и разогнать снаряд до безумных скоростей, чем городить катушки...
попробовать взять в 5грамм и 5мм диаметром
Чем больше диаметр ствола — тем больше его объём (V=l*pi*r^2), и тем больше энергия магнитного поля, отдаваемая пуле при прохождении ею через ствол. Так что уменьшение диаметра уменьшит достижимую скорость пули, а уменьшение её массы — наоборот, увеличит.
Ну, то есть пулю надо делать в виде пустотелого цилиндра или, лучше, кольца/тора? Заодно и направляющую можно сделать в виде стержня... Стабильность полета, конечно, будет хреноватенькой.
в виде пустотелого цилиндра или, лучше, кольца/тора
Если пуля из ферромагнетика — то лучше сплошной цилиндр. Ведь кинетическая энергия пули растет за счет уменьшения энергии магнитного поля.
Энергия однородного магнитного поля равна произведению объёма, заполненного полем, на магнитную индукцию B, и на напряженность поля H.
При вхождении ферромагнетика в поле индукция остается прежней, а напряженность падает пропорционально магнитной проницаемости внесенного в поле тела. Так как проницаемость ферромагнетиков составляет 1-100 тысяч (в зависимости от материала) — то и энергия поля убывает в такое же количество раз, т.е. практически до нуля.
У меня как-то была задумка использовать полупериодный генератор Кокрофта в качестве батареи конденсаторов, чтобы они заряжались параллельно, а разряжались последовательно, упрощая таким образом преобразователь, но проверить так и не получилось, понять, должно ли это работать -- тоже, потому что дурак.
Винтовка Гаусса состоит изВинтовка — это оружие с нарезным стволом. А у ружья Гаусса не то, что нарезов нет, в нём снаряд даже не должен касаться стенок ствола, потому что во время выстрела оказывается подвешенным в магнитном поле. И главная проблема, которую я наблюдал у всех моделей, описания которых мне попадались, это именно отсутствие стабилизации снаряда, ради которой огнестрельному оружию и начали нарезать ствол.
Всё верно, поправил ;-)
Насчет стабилизации: тоже много думал. И появилось 2 идеи: 1) некрасивая - потому что дорогая; 2) красивая.
1) снаряд содержит выдвижные крылышки - как у ракет ручных огнеметов или ракет систем залпового огня,
2) красивая - когда каждая катушка не цельная, а сегментная. И даже не катушка - а соленоиды - как "лучи солнца" идущие вокруг ствола. Теоретически, такая компоновка дает возможность закрутить снаряд, помимо его ускорения. Правда будет ли такое работать в реале -не уверен.
P.S. а сам снаряд - то магнит. По сути система представляет собой принцип обычного электродвигателя - где вал, помимо его закручивания, - еще и "всасывается" одной катушкой, за другой.
Собстсвенно, есть даже управляемые пули калибра .50, у которых внутри есть источник питания, какие-то крылышки и на носу инфракрасный приёмник для приёма сигнала подсветки. Понятно, что за гоняться целью, как любят показывать в кино, такая пуля не будет, но скорректировать траекторию позволяет. Потому что таким калибром обычно стреляют на пару километров и пуля летит туда несколько секунд.
Но да, дорого и неинтересно, потому что если дорого, то можно и традиционными решениями обойтись, а прикол гауссгана в том, что он может стрелять гвоздями. Как в «Пятом Иностранном Легионе». И снаряд даже ствола не касается, так что реально хоть гвоздями.
2. Ну как, есть же асинхронные двигатели, у которых якорь — просто кусок металла сложной формы и закручивается бегущим магнитным полем за счёт наведённых на якорь токов. Правда, тут есть проблема: якорь асинхронного двигателя имеет сложную форму, да и не монолитный он. В общем, мне идея с использованием такого эффекта уже приходила в голову, но как-то получается не очень.
Возможно, на больших скоростях получится использовать аэродинамическую закрутку с помощью «нарезки» на самом снаряде или за счёт формирования простого оперения. Тогда на большой скорости он будет стабилизироваться за счёт обтекания плотным потоком воздуха, а при снижении скорости — за счёт оперения. И, думаю, надо посмотреть на решения, используемые в охотничьем гладкоствольном оружии: там ситуация схожая, как мне кажется.
Есть еще вариант "дурного на вид ружья-переломки" : пуля насажена на винтовой стержень, и у самой пули внутри резьба. Небольшая - где-нибудь 0,1 оборота на длину пули. Заряжается как охотничья переломка - переламываем ствол, вставляем пулю, насаженную на стержень, закрываем ствол. При выстреле- пуля улетает, а резьбовой закручивающий стержень - остается (как патрон обычно остается после выстрела, так и тут).
Да, медленно. Но если пуля уходит на субсветовой скорости - почему бы и нет, можно и заморочиться с переламыванием ствола...
Помнится, для настольной игры прорабатывал такое чудовище, у которого было три вида штатных боеприпасов: резаная проволока a.k.a. гвозди, патроны от чего-то огнестрельного (пуля тяжелая, а поскольку летит вместе с разгонным зарядом, то ещё и немножко взрывается), и какие-то гранаты чего-то вроде подствольника. Причём, первые два были в параллельных магазинах и переключались на ходу, а гранаты засовывались поштучно. И всё выстреливалось через один ствол. В общем, как мне кажется, одно из преимуществ гауссгана — это вот такая универсальность, потому что снаряд подвешивается магнитным полем по оси ствола. Остаётся только вопрос оптимизации разгона.
P.S. Да, идею чудовища честно спёр из «Пятого Иностранного легиона».
можно скомбинировать, начальный разгон на эффекте Юткина, доразгон катушками. Перед пневматическим предварительным разгоном некоторое преимущество в том, что источник тока у нас уже есть, и не нужны баллоны с воздухом.
Вполне себе вариант. Только есть один маленький нюанс - с очень большой вероятностью, эффекта Юткина будет достаточно, для решения большинства задач :-))) Даже катушки не понадобятся в принципе.
Просто некоторые цифры: давление пороховых газов у дульного среза автомата Калашникова, - порядка 850 атмосфер. Охотничьего гладкоствольного ружья - около 100 атмосфер. Эффект Юткина дает - 100 000 атмосфер и более (смотря сколько энергии "вкачано" в разряд). Так что...есть немалая вероятность только разрядными электродами и капелькой воды и ограничиться :-)
Опять же повторюсь, исследования такого рода в сети отсутствуют. Интернет - пуст;-) Так что - "may be or may be not".
ну нет, сравнивать у дульного среза давление газа и давление жидкости в камере - это совсем разные вещи. В гильзе при воспламенении пороха вполне себе те же 100к атм могут быть. Плюс там газовая динамика, разгон идет на всей длине ствола, а тут - на маленьком участке в гидравлической камере. Так что точно эффекта Юткина не хватит.
и не нужны баллоны с воздухом.Толпы страйболистов с Вами не согласятся. Вам стоит вспомнить, что такое «привод». То есть для ускорителя на эффекте Юткина нужная жидкость, которая в данном случае — вода, а в случае с пневматическим разгоном она не нужна. Как вариант, можно использовать даже механический толкатель, тогда и воздух не нужен.
для пневматики нужен насос, для механического толкателя - рычаг взвода пружины, перед каждым выстрелом придется его дергать, это позапрошлый век уже. Баллоны с воздухом травят. А воды нужно немного, ее гораздо проще хранить, она даже не расходуется, насколько я понял.
Да, это маломощный вариант, но что мешает придумать что-то помощнее? Упомянутая в статье винтовка Жирардони вполне неплохо стреляла, а нам тут даже не надо получать такое большое давление, потому что надо только придать снаряду начальную скорость, чтобы соленоиды не тянули его из состояния покоя.
Мне кажется, все эти гибриды и хитрые снаряды убивают основные плюсы любительских ускорителей Гаусса: простоту механики и использование любого гвоздя в качестве ускоряемого тела. Использовать две ступени ускорения, работающих на совершенно разных физических принципах, каждая из которых может сама выдать нужный результат - такое себе. Да и каждая ступень в таком гибриде - это разные (порой, взаимоисключающие) требования к системе ствол - пуля.
del
Кстати сказать, появилась интересная новость: "Нейросеть помогла китайским военным создать электромагнитный пистолет Гаусса — при длине ствола в 12 сантиметров он развивает мощность на уровне огнестрельных винтовок малого калибра".
О пушках Гаусса и не только